Para los centros de mecanizado, la herramienta de corte es una herramienta consumible, que provocará roturas, desgaste y astillas durante el proceso de mecanizado. Estos fenómenos son inevitables, pero también existen razones controlables, como un funcionamiento no científico y no estandarizado y un mantenimiento inadecuado. Sólo encontrando la causa raíz podremos resolver mejor el problema.
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Síntomas de rotura de herramienta
(1) El filo está ligeramente desconchado.
Cuando la estructura, la dureza y el margen del material de la pieza de trabajo son desiguales, el ángulo de ataque es demasiado grande, lo que da como resultado una baja resistencia del filo, el sistema de proceso no es lo suficientemente rígido para producir vibración o se realiza un corte intermitente y la calidad del afilado es deficiente. el filo es propenso a astillarse. Es decir, hay pequeñas astillas, astillas o peladuras en la zona de la cuchilla. Cuando esto sucede, la herramienta perderá parte de su capacidad de corte, pero aún podrá seguir trabajando. A medida que continúa el corte, la parte dañada del área del borde puede expandirse rápidamente, provocando daños mayores.
(2) El filo o la punta están rotos.
Este tipo de daño ocurre a menudo bajo condiciones de corte que son más severas que aquellas que causan microdescantillados del filo, o es el desarrollo posterior del microdescantillado. El tamaño y el alcance del desconchado son mayores que los del microdescantillado, lo que hace que la herramienta pierda por completo su capacidad de corte y tenga que terminar el trabajo. El desconchado de la punta del cuchillo a menudo se denomina pérdida de punta.
(3) La hoja o herramienta está rota.
Cuando las condiciones de corte son extremadamente duras, la cantidad de corte es demasiado grande, hay carga de impacto, hay microfisuras en la hoja o el material de la herramienta, hay tensiones residuales en la hoja debido a la soldadura y el afilado, y factores como el descuido operación, la hoja o la herramienta podrían dañarse. Produce rotura. Después de que se produzca este tipo de daño, la herramienta no podrá seguir utilizándose y será desechada.
(4) La superficie de la hoja se desprende
Para materiales con alta fragilidad, como carburo cementado, cerámica, PCBN, etc. con alto contenido de TiC, debido a defectos o posibles grietas en la estructura de la superficie, o tensiones residuales en la superficie debido a soldadura y rectificado, durante el proceso de corte. Es fácil provocar que la superficie se pele cuando la superficie de la herramienta no es lo suficientemente estable o cuando está sujeta a tensiones de contacto alternas. El pelado puede ocurrir en la superficie del rastrillo y el cuchillo puede ocurrir en la superficie del flanco. El material que se pela es escamoso y el área de pelado es grande. Es más probable que las herramientas recubiertas se despeguen. Una vez que la hoja se haya despegado ligeramente, aún puede seguir funcionando, pero después de un pelado intenso, perderá su capacidad de corte.
(5) Deformación plástica de piezas cortantes.
Debido a su baja resistencia y dureza, el acero para herramientas y el acero rápido pueden sufrir deformaciones plásticas en sus piezas cortantes. Cuando el carburo cementado opera bajo alta temperatura y tensión de compresión tridimensional, también se producirá un flujo plástico superficial, lo que puede incluso provocar una deformación plástica del filo o la punta para provocar el colapso. El colapso generalmente ocurre cuando el volumen de corte es grande y se procesan materiales duros. El módulo elástico del carburo cementado a base de TiC es menor que el del carburo cementado a base de WC, por lo que la capacidad del primero para resistir la deformación plástica se acelera o falla rápidamente. PCD y PCBN básicamente no sufren deformación plástica.
(6) Grietas térmicas de la pala.
Cuando la herramienta se somete a cargas mecánicas y térmicas alternas, la superficie de la pieza de corte inevitablemente generará tensión térmica alterna debido a la expansión y contracción térmica repetida, lo que provocará fatiga y agrietamiento de la hoja. Por ejemplo, cuando una fresa de carburo realiza un fresado a alta velocidad, los dientes de la fresa están sujetos constantemente a impactos periódicos y tensiones térmicas alternas, lo que produce grietas en forma de peine en la cara de inclinación. Aunque algunas herramientas no tienen cargas y tensiones alternas obvias, también se producirá tensión térmica debido a temperaturas inconsistentes entre la superficie y las capas internas. Además, existen defectos inevitables en el material de la herramienta, por lo que la hoja también puede desarrollar grietas. A veces, la herramienta puede continuar funcionando durante un período de tiempo después de que se forma la grieta y, a veces, la grieta se expande rápidamente, lo que hace que la hoja se rompa o que la superficie de la hoja se desprenda severamente.
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Causas del desgaste de herramientas.
(1) Desgaste abrasivo
A menudo, en el material procesado se encuentran partículas diminutas con una dureza extremadamente alta que pueden formar ranuras en la superficie de la herramienta. Este es un desgaste abrasivo. El desgaste abrasivo existe en todas las superficies y es más evidente en la superficie del desprendimiento. Además, el desgaste abrasivo puede ocurrir a varias velocidades de corte, pero para el corte a baja velocidad, debido a la baja temperatura de corte, el desgaste causado por otras razones no es obvio, por lo que el desgaste abrasivo es la razón principal. Además, cuanto menor sea la dureza de la herramienta, más graves serán los daños abrasivos.
(2) Desgaste por soldadura en frío
Durante el corte, hay mucha presión y fuerte fricción entre la pieza de trabajo, el corte y las superficies delantera y trasera de la hoja, por lo que se producirá soldadura en frío. Debido al movimiento relativo entre los pares de fricción, la soldadura en frío provocará grietas y será eliminada por una de las partes, lo que provocará desgaste por soldadura en frío. El desgaste por soldadura en frío es generalmente más grave a velocidades de corte medias. Según los experimentos, los metales quebradizos son más resistentes a la soldadura en frío que los metales plásticos; los metales multifásicos son menos resistentes a la soldadura en frío que los metales unidireccionales; los compuestos metálicos son menos propensos a soldarse en frío que los elementos elementales; Los elementos del grupo B y el hierro en la tabla periódica de elementos químicos son menos propensos a la soldadura en frío. La soldadura en frío es más grave durante el corte a baja velocidad de acero de alta velocidad y carburo cementado.
(3) Desgaste por difusión
Durante el proceso de corte a altas temperaturas y el contacto entre la pieza de trabajo y la herramienta, los elementos químicos de ambos lados se difunden entre sí en estado sólido, cambiando la composición y estructura de la herramienta, haciendo que la superficie de la herramienta sea frágil. y agravando el desgaste de la herramienta. El fenómeno de difusión siempre mantiene la difusión continua de objetos con un gradiente de profundidad alto a objetos con un gradiente de profundidad bajo.
Por ejemplo, cuando la temperatura del carburo cementado es de 800 grados, el cobalto que contiene se difundirá rápidamente en las virutas y piezas de trabajo, y el WC se descompondrá en tungsteno y carbono y se difundirá en el acero; cuando las herramientas de PCD cortan materiales de acero y hierro, cuando la temperatura de corte es superior a 800 grados. En este momento, los átomos de carbono en PCD se transferirán a la superficie de la pieza de trabajo con gran intensidad de difusión para formar una nueva aleación y la superficie de la herramienta estar grafitizado. El cobalto y el tungsteno se difunden más seriamente, mientras que el titanio, el tantalio y el niobio tienen fuertes capacidades antidifusión. Por tanto, el carburo YT tiene mejor resistencia al desgaste. Al cortar cerámica y PCBN, el desgaste por difusión no es significativo cuando la temperatura es tan alta como 1000 grados ~ 1300 grados. Dado que la pieza de trabajo, las virutas y la herramienta están hechas del mismo material, durante el corte se genera un potencial termoeléctrico en la zona de contacto. Este potencial termoeléctrico promueve la difusión y acelera el desgaste de las herramientas. Este tipo de desgaste por difusión bajo la acción del potencial termoeléctrico se denomina "desgaste termoeléctrico".
(4) Desgaste oxidativo
Cuando la temperatura aumenta, la superficie de la herramienta se oxida para producir óxidos más blandos que son frotados por las virutas y causan desgaste, lo que se denomina desgaste oxidativo. Por ejemplo: a 700 grados ~ 800 grados, el oxígeno del aire reacciona con cobalto, carburo, carburo de titanio, etc. en el carburo cementado para formar un óxido blando; A 1000 grados, el PCBN reacciona químicamente con el vapor de agua.
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Patrones de desgaste de las cuchillas
(1) Daños en la cara del rastrillo
Al cortar materiales plásticos a alta velocidad, las piezas en la superficie de corte cercanas a la fuerza de corte se desgastarán en forma de media luna bajo la acción de las virutas, por lo que también se denomina desgaste en cráter. En la etapa inicial de desgaste, el ángulo de ataque de la herramienta aumenta, lo que mejora las condiciones de corte y favorece el curvado y la rotura de las virutas. Sin embargo, cuando los cráteres aumentan aún más, la resistencia del filo se debilita enormemente, lo que eventualmente puede causar que el filo se rompa y dañe. Caso. Al cortar materiales quebradizos o materiales plásticos a velocidades de corte más bajas y espesores de corte más delgados, generalmente no se produce desgaste por cráter.
(2) Desgaste de la punta de la herramienta
El desgaste de la punta de la herramienta es el desgaste en la superficie del flanco del arco de la punta de la herramienta y la superficie del flanco secundario adyacente. Es una continuación del desgaste en la superficie del flanco de la herramienta. Debido a las malas condiciones de disipación de calor y al estrés concentrado, la tasa de desgaste es más rápida que la de la superficie del flanco. A veces se forma una serie de pequeñas ranuras con una separación igual a la cantidad de avance en la superficie del flanco secundario, lo que se denomina desgaste de ranura. Son causados principalmente por la capa endurecida y las líneas de corte en la superficie mecanizada. El desgaste de las ranuras es más probable que ocurra al cortar materiales difíciles de cortar con una alta tendencia a endurecerse por trabajo. El desgaste de la punta de la herramienta tiene el mayor impacto en la rugosidad de la superficie y la precisión del mecanizado de la pieza de trabajo.
(3) Desgaste de la superficie del flanco
Al cortar materiales plásticos con espesores de corte grandes, es posible que la cara del flanco de la herramienta no esté en contacto con la pieza de trabajo debido a la presencia de filo reconstruido. Además, la superficie del flanco normalmente entra en contacto con la pieza de trabajo, formándose una zona de desgaste en la superficie del flanco. Generalmente, en el medio de la longitud de trabajo del filo, el desgaste del flanco es relativamente uniforme, por lo que el grado de desgaste del flanco se puede medir por el ancho de la banda de desgaste del flanco VB de esta sección del filo.
Dado que varios tipos de herramientas casi siempre sufren desgaste de flanco en diferentes condiciones de corte, especialmente al cortar materiales frágiles o materiales plásticos con un espesor de corte pequeño, el desgaste de la herramienta es principalmente desgaste de flanco y la banda de desgaste La medición del ancho VB es relativamente simple , por lo que se suele utilizar VB para indicar el grado de desgaste de la herramienta. Cuanto mayor sea el VB, no sólo aumentará la fuerza de corte y provocará vibración de corte, sino que también afectará el desgaste en el arco de la punta de la herramienta, afectando así la precisión del mecanizado y la calidad de la superficie mecanizada.
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Cómo prevenir la rotura de herramientas
(1) Según las características de los materiales y piezas a procesar, seleccionar racionalmente los materiales y calidades de varios tipos de herramientas de corte. Bajo la premisa de tener cierta dureza y resistencia al desgaste, el material de la herramienta debe tener la tenacidad necesaria.
(2) Seleccione razonablemente los parámetros geométricos de la herramienta. Al ajustar los ángulos delantero y trasero, los ángulos de desviación principal y auxiliar, los ángulos de inclinación del borde y otros ángulos, se garantiza que el filo y la punta de la herramienta tengan buena resistencia. Rectificar un chaflán negativo en el filo es una medida eficaz para evitar el colapso de la herramienta.
(3) Garantizar la calidad de la soldadura y el afilado y evitar diversos defectos causados por una soldadura y un afilado deficientes. Las herramientas utilizadas en procesos clave deben rectificarse para mejorar la calidad de la superficie y comprobarse en busca de grietas.
(4) Elija la cantidad de corte de manera razonable para evitar una fuerza de corte excesiva y una temperatura de corte alta para evitar daños a la herramienta.
(5) Intente garantizar que el sistema de proceso tenga buena rigidez y reduzca la vibración.
(6) Adopte métodos de operación correctos y trate de evitar que la herramienta soporte cargas repentinas o menos.
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Causas y contramedidas para el astillado de herramientas.
(1) Selección inadecuada del grado y las especificaciones de la hoja, como que el espesor de la hoja es demasiado delgado o se selecciona un grado demasiado duro y demasiado frágil durante el mecanizado en desbaste.
Contramedidas: aumente el grosor de la hoja o instálela verticalmente y elija un grado con mayor resistencia a la flexión y dureza.
(2) Selección inadecuada de los parámetros geométricos de la herramienta (como ángulos delanteros y traseros demasiado grandes, etc.).
Contramedidas: Puede rediseñar la herramienta desde los siguientes aspectos.
1) Reducir adecuadamente los ángulos delantero y trasero;
2) Utilice un ángulo de borde negativo mayor;
3) Reducir el ángulo de desviación principal;
4) Utilice un chaflán negativo o un arco de borde más grande;
5) Rectifique el filo de transición y fortalezca la punta de la herramienta.
(3) El proceso de soldadura de la hoja es incorrecto, lo que provoca una tensión de soldadura excesiva o grietas en la soldadura.
Contramedidas:
1) Evite el uso de una estructura de ranura para cuchilla cerrada por tres lados;
2) Seleccionar correctamente la soldadura;
3) Evite el uso de llama de oxiacetileno para calentar y soldar, y manténgala caliente después de soldar para eliminar la tensión interna;
4) Utilice en la medida de lo posible estructuras de sujeción mecánica.
(4) Un método de afilado inadecuado provocará tensión de pulido y grietas por pulido; Después de afilar la fresa PCBN, la vibración de los dientes será demasiado grande, lo que sobrecargará los dientes individuales, lo que también provocará la rotura de la cuchilla.
Contramedidas:
1) Utilice esmerilado interrumpido o esmerilado con muela de diamante;
2) Elija una muela más suave y recórtela con frecuencia para mantenerla afilada;
3) Preste atención a la calidad del afilado y controle estrictamente la cantidad de vibración de los dientes de la fresa.
(5) La selección de la cantidad de corte no es razonable. Si la cantidad es demasiado grande, la máquina herramienta será aburrida; durante el corte intermitente, la velocidad de corte es demasiado alta, la cantidad de avance es demasiado grande, el margen en blanco es desigual y la profundidad de corte es demasiado pequeña; corte con alto contenido de manganeso Cuando se utilizan materiales con alta tendencia a endurecerse, como el acero, la cantidad de avance es demasiado pequeña, etc.
Contramedida: Vuelva a seleccionar la cantidad de corte.
(6) Razones estructurales, como la superficie inferior desigual de la ranura de la herramienta sujeta mecánicamente o la hoja que se extiende demasiado.
Contramedidas:
1) Recorte la superficie inferior de la ranura de la herramienta;
2) Disponga razonablemente la posición de la boquilla del fluido de corte;
3) El portaherramientas endurecido agrega una junta de carburo debajo de la hoja.
(7) Desgaste excesivo de la herramienta.
Contramedidas: cambie la herramienta o reemplace el filo a tiempo.
(8) Un flujo insuficiente de fluido de corte o un método de llenado incorrecto pueden causar calor repentino y agrietamiento de la hoja.
Contramedidas:
1) Aumentar el flujo de fluido de corte;
2) Disponga razonablemente la posición de la boquilla del fluido de corte;
3) Utilice métodos de enfriamiento eficaces, como el enfriamiento por aspersión, para mejorar el efecto de enfriamiento;
4) Reducir el impacto en la hoja.
(9) La herramienta está instalada incorrectamente, como por ejemplo: la herramienta de corte está instalada demasiado alta o demasiado baja; la fresa de extremo utiliza fresado ascendente asimétrico, etc.
Contramedida: reinstale la herramienta.
(10) La rigidez del sistema de proceso es demasiado pobre, lo que provoca una vibración de corte excesiva.
Contramedidas:
1) Aumentar el soporte auxiliar de la pieza de trabajo y mejorar la rigidez de la sujeción de la pieza de trabajo;
2) Reducir la longitud saliente de la herramienta;
3) Reducir adecuadamente el ángulo libre de la herramienta;
4) Utilice otras medidas para absorber vibraciones.
(11) Operación descuidada, como: cuando la herramienta corta por el centro de la pieza de trabajo, la herramienta se mueve demasiado bruscamente; la herramienta se detiene antes de retraerla.
Contramedidas: preste atención al método de operación.
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Causas, características y medidas de control del borde edificado.
(1) Causas de formación
En la parte cercana al filo, en el área de contacto entre la herramienta y el chip, debido a la gran presión hacia abajo, el metal subyacente del chip está incrustado en los picos y valles microscópicamente desiguales de la superficie del corte, formando una verdadera Contacto metal con metal sin espacios y sin provocar unión. , esta parte del área de contacto entre la cuchilla y el chip se llama área de unión. En la zona de unión, se acumulará una fina capa de material metálico en la capa inferior de la viruta en la cara inclinada. El material metálico de esta parte del chip ha sufrido una deformación severa y se fortalece bajo temperaturas de corte apropiadas. A medida que las virutas continúan saliendo, bajo la acción de corte posterior, esta capa de material estancado se deslizará con respecto a la capa superior de las virutas y se separará, convirtiéndose en la base del borde reconstruido. Posteriormente se formará encima una segunda capa de material de corte acumulado, y esta capa de acumulación continua formará un borde de acumulación.
(2) Características e impacto en el procesamiento de corte.
1) La dureza es 1,5~2,0 veces mayor que la del material de la pieza de trabajo. Puede reemplazar la cara del rastrillo para cortar. Tiene la función de proteger el filo y reducir el desgaste de la cara de ataque. Sin embargo, cuando el borde reconstituido se cae, los residuos que fluyen a través del área de contacto entre la herramienta y la pieza de trabajo provocarán desgaste del flanco de la herramienta;
2) Después de la formación del filo reconstruido, el ángulo de ataque de trabajo de la herramienta aumenta significativamente, lo que desempeña un papel positivo en la reducción de la deformación de la viruta y la fuerza de corte;
3) Debido a que el filo reconstruido sobresale más allá del filo, la profundidad de corte real aumenta y afecta la precisión dimensional de la pieza de trabajo;
4) El borde acumulado causará "surcos" en la superficie de la pieza de trabajo y afectará la rugosidad de la superficie de la pieza de trabajo;
5) Los fragmentos del borde reconstruido se pegarán o incrustarán en la superficie de la pieza de trabajo para formar puntos duros, afectando la calidad de la superficie mecanizada de la pieza de trabajo.
Del análisis anterior se puede ver que el filo reforzado es perjudicial para el procesamiento de corte, especialmente el acabado.
(3) Medidas de control
La generación de filo acumulado se puede evitar no uniendo o deformando el material subyacente de la viruta a la superficie de inclinación. Por lo tanto, se pueden tomar las siguientes medidas.
1) Reducir la rugosidad de la superficie del rastrillo;
2) Aumente el ángulo de ataque de la herramienta;
3) Reducir el espesor de corte;
4) Utilice cortes de baja o alta velocidad para evitar velocidades de corte que fácilmente formen bordes acumulados;
5) Tratamiento térmico adecuado del material de la pieza para aumentar su dureza y reducir la plasticidad;
6) Utilice fluidos de corte con buenas propiedades antiadherentes (como fluidos de corte de extrema presión que contengan azufre y cloro).
